4. Типові комунікаційні схеми для офшорних вітрових електростанцій у Китаї
Сьогодні «мозком» усієї морської вітроелектростанції є інтегрована платформа моніторингу та управління, розташована в береговому центрі управління. Ця платформа використовує основний комутатор берегової підвищувальної станції як основний вузол, приймає топологію Ethernet зірка та базується на мережевому протоколі TCP/IP. Він підключений до різних виробничих підсистем на місці через мережу рівня передачі.
Виробничі підсистеми на-майданчику включають комп’ютерну систему моніторингу допоміжної станції, комп’ютерну систему моніторингу вітрової турбіни, систему відеоспостереження безпеки, систему моніторингу збірної підстанції, систему моніторингу стану обладнання в режимі онлайн, інтегровану систему моніторингу підводного кабелю та систему постійного струму. Оскільки об’єднання в мережу останніх чотирьох підсистем дуже просте, вони не будуть тут детально розглядатися.
4.1
Рішення мережевого зв'язку для системи комп'ютерного моніторингу підвищувальної станції
Як правило, офшорна вітроелектростанція матиме одну берегову догінну станцію та одну офшорну догінну станцію. Кожна розгінна станція обладнана комп’ютерною системою моніторингу. Ця система приймає ієрархічну розподілену структуру з подвійною-конфігурацією мережі. Берегова догінна станція оснащена подвійними блоками дистанційного керування (RTU). Система моніторингу морської насосної станції інтегрована в комп’ютерну систему моніторингу наземної насосної станції як підсистема. Берегова підганяльна станція передає інформацію дистанційного керування безпосередньо в диспетчерський центр через комп’ютерну систему моніторингу. Підводний волоконно-оптичний композитний кабель і оптичний трансивер SDH (2,5G) встановлені між платформою морської розгінної станції та береговою розгінною станцією для передачі інформації між двома станціями.
Вітрові турбіни на місці утворять кілька кільцевих мереж, зазвичай по шість вітрових турбін на кільце. У кожній кільцевій мережі є комутатор, який підключений до комутатора агрегації морської підстанції.
Рисунок 4-1 Схема топології мережі комп’ютерної системи моніторингу підвищувальної станції
4.2
Рішення мережевого зв’язку для комп’ютерної системи моніторингу вітрових турбін
Обладнання для захисту та контролю для генераторних установок вітрових турбін постачається разом із генераторними установками вітрових турбін. Він застосовує метод централізованого моніторингу та встановлює комп’ютерну систему моніторингу вітрової турбіни для автоматичного моніторингу та керування генераторними установками вітрових турбін. Він може реалізувати дистанційну сигналізацію, дистанційне вимірювання та дистанційне керування офшорними вітряними турбінами.
У комп’ютерній системі моніторингу вітряної турбіни (див. Малюнок 4-2) кілька електричних портів агрегаційного комутатора використовуються для підключення до серверів моніторингу різних систем морської вітрової електростанції, включаючи сервер SCADA вітрової турбіни, сервер IP-телефону, сервер онлайн-моніторингу вібрації CMS, сервер енергетичної платформи WPPM тощо. Оптичні порти агрегаційного комутатора використовуються для формування волоконно-оптичної кільцевої мережі з промисловими комутаторами Ethernet у базі керування баштою. кабінет.
Промисловий комутатор Ethernet у шафі керування на базі башти (див. Малюнок 4-3) не лише утворює кільцеву оптоволоконну мережу з комутатором агрегації, але також потребує кількох портів Ethernet 100 Мбіт/с для підключення до контролера вентилятора на базі башти, IP-телефонії та інших служб. Інший волоконно-оптичний інтерфейс зі швидкістю 100 Мбіт/с безпосередньо підключений до оптоволоконного порту 100 Мбіт/с промислового комутатора Ethernet у шафі керування машинного відділення.
Промисловий комутатор Ethernet всередині шафи управління машинного відділення має кілька портів Ethernet 100 Мбіт/с для підключення до системи онлайн-моніторингу вібрації CMS і послуг IP-телефонії в машинному відділенні. Потім він під’єднується через одномодовий-оптоволоконний інтерфейс 100 Мбіт/с до каскадного одномодового-оптоволоконного порту 100 Мбіт/с у шафі керування базової вежі.
Малюнок 4-2 Схема топології мережі комп’ютерної системи моніторингу вітрової турбіни
Рисунок 4-3 Схема встановлення промислового комутатора всередині базової шафи управління
4.3
Система відеоспостереження системи мережевого зв'язку
Вітрові турбіни здебільшого працюють у суворих природних умовах, причому їх географічне розташування досить розкидане. Крім того, гондоли турбіни розташовані майже на 100 метрів у повітрі, що ускладнює перевірку та керування для обслуговуючого персоналу. З технологічним прогресом відеоспостереження завдяки своїм інтуїтивно зрозумілим, точним, своєчасним і-насиченим інформацією характеристикам набуло широкого поширення. Впровадження відеоспостереження на вітрових турбінах може підвищити безпеку експлуатації турбін, зручність експлуатації та обслуговування, рівень інформатизації моніторингу турбін.
Система відеоспостереження в першу чергу контролює робочий стан обладнання та персоналу в таких місцях, як гондола, внутрішня та зовнішня частина основи вежі, а також зона навколо вітрової турбіни, забезпечуючи безпеку як обладнання, так і персоналу. Система моніторингу використовує кільцеву мережу, утворену резервними волоконно-оптичними кабелями, для передачі даних назад як на острівну, так і на берегову розгінні станції. Центр моніторингу може виконувати-попередній перегляд у реальному часі та відтворення відео.
Камери та перемикачі доступу встановлені всередині вітрових турбін. Комутатори доступу підключають відеосигнали, зібрані камерами, до комутатора агрегації, розташованого на розгінній станції острова, через оптоволоконну кільцеву мережу. Потім комутатор агрегації передає сигнали від точки-до-через підводні оптичні кабелі до основного комутатора, розташованого в диспетчерській вітрової електростанції. Нарешті, основний комутатор передає сигнали на сервер відеомоніторингу, сервер потокового медіа та сервер керування. (Див. Малюнок 4-4)
Рисунок 4-4 Загальна топологічна схема архітектури відеоспостереження
Кожна гондола вітрової турбіни оснащена двома комплектами обладнання для моніторингу зображення та одним промисловим перемикачем для моніторингу робочого стану всього обладнання в гондолі. У основі кожної вежі встановлено один набір обладнання для моніторингу зображення та один промисловий перемикач для моніторингу робочого стану обладнання в основі вежі. Камерою панорамування-нахилу-масштабування (PTZ) можна керувати для обертання, забезпечуючи повний моніторинг усього обладнання в основі вежі. (Див. Малюнок 4-5)
Рисунок 4-5 Перемикач доступу в системі відеоспостереження
5. Поточні проблеми з комунікаційними мережами морських ВЕС
Оскільки системи зв’язку становлять незначну частку загальної інфраструктури офшорних вітроелектростанцій, вони часто не отримують достатньої уваги з боку власників. Встановлення офшорної вітрової електростанції є надзвичайно вимогливим і має дуже короткі терміни; на етапі введення в експлуатацію часто достатньо просто встановити зв'язок без будь-якої конфігурації комутаторів. Крім того, комунікаційні знання є вузькоспеціалізованими, і техніки вітрових електростанцій, як правило, мають обмежене розуміння комунікаційних мереж, що ускладнює правильну діагностику та усунення несправностей у надзвичайних ситуаціях. Крім того, через численні підсистеми в морській вітряній електростанції часто використовуються перемикачі різних марок, що ускладнює регулярне технічне обслуговування.
5.1
Потенційний ризик кібершторму
Багато основних комутаторів у вітряних електростанціях налаштовано за умовчанням, і персонал, який вводить в експлуатацію, не налаштував VLAN (віртуальні локальні мережі) на -сайті відповідно до фактичної ситуації. Це дозволяє трансляціям поширюватися по всій ВЕС, що призводить до широкомовних штормів. Ця проблема особливо помітна в системах моніторингу вітрових турбін, де всі промислові комутатори в баштових шафах управління знаходяться в одній підмережі, що призводить до надмірно великого широкомовного домену, який легко викликає широкомовні шторми.
5.2
Ризик єдиної точки відмови в комутаторах агрегації
У деяких діючих вітрових електростанціях бувають випадки, коли система моніторингу догнової станції або системи моніторингу вітрової турбіни є єдиною мережею. Якщо перемикач агрегації в офшорному прискорювачі виходить з ладу, підсистема, до якої розташований перемикач агрегації, зіткнеться з ризиком паралізації всієї мережі.
5.3
Наявність занадто великої кількості підсистем і брендів комутаторів ускладнює подальше обслуговування.
У розділі 4 згадується, що в системі польового виробництва є багато підсистем, і кожна підсистема виробляється іншою компанією; марки комутаторів часто не однакові. Крім того, офшорна вітроелектростанція зазвичай будується в кілька етапів, і виробники вітрових турбін для першого та другого етапів часто різні. Системи моніторингу вітрових турбін і промислові комутатори в цих системах також відрізняються. З такою кількістю підсистем і багатьма марками комутаторів-експлуатація та технічне обслуговування на місці будуть надзвичайно складними після введення в експлуатацію.
6. Перспективи мережевих схем морських вітряних електростанцій наступного-покоління
Завдяки національній політиці сприяння розвитку та використанню відновлюваних джерел енергії китайська офшорна вітрова енергетика процвітала в останні роки. Дослідження, розробки та виробництво нових моделей вітрових турбін також стабільно прогресують. Проте мережа зв’язку все ще використовує застарілі схеми мережі, які більше не можуть відповідати поточним вимогам зв’язку вітрових електростанцій і створюють численні проблеми. Тому побудова нової, високонадійної та-стабільної в довгостроковій перспективі платформи передачі мережі є надзвичайно важливою.
Два-три роки тому наші іноземні колеги почали досліджувати комунікаційні рішення для мереж вітряних електростанцій наступного-покоління, тому у нас також дуже мало часу.
6.1
Рекомендації щодо мережевих схем наступного-покоління морських вітрових електростанцій
Для морських вітрових електростанцій наступного-покоління рекомендується об’єднати комунікаційні мережі системи моніторингу турбіни та системи відеоспостереження. Архітектура мережі все ще має використовувати три{2}}рівневу модель: рівень доступу, рівень агрегації та базовий рівень. Комутатори на базі башт-на рівні доступу мають використовувати гігабітні каскадні комутатори швидкого Ethernet, об’єднані в мережу за допомогою гігабітних одномодових-оптичних портів, зрештою утворюючи кільцеву мережу з комутаторами рівня агрегації на морській підстанції. Ця кільцева мережа є подвійною-мережевою структурою. Перемикачі гондоли мають бути-комутаторами 100 Мбіт/с, підключеними до комутаторів-башти через багатомодове оптоволокно 100 Мбіт/с. Мережа рівня доступу повинна бути розділена на VLAN на основі вітрової турбіни, щоб ізолювати кожну турбіну та зменшити домени широкомовних колізій. Комутатори рівня агрегації мають бути розташовані на морській підстанції, використовуючи два повністю-гігабітні промислові комутатори рівня 2, бажано підтримувати стекування. Комутатори базового рівня повинні бути розташовані в береговому центрі управління з використанням двох повністю гігабітних комутаторів рівня 3, бажано з підтримкою стекування.
Рисунок 6-1 Прогноз топології мережі для морських вітрових електростанцій наступного покоління
6.2
Переваги конфігурації мережі наступного-покоління офшорної вітрової електростанції
6.2.1
Уникнення потенційних ризиків кіберштормів
Комунікаційна мережа системи моніторингу вітрової турбіни спочатку була великою підмережею, але тепер вона розділена на кілька підмереж. Крім того, мережі VLAN значно скоротили широкомовний домен, що дозволяє ефективно уникнути виникнення мережевих штормів.
Для сегментації VLAN це може бути одна VLAN (підмережа) на канал, або окрема VLAN (підмережа) може бути сегментована для кожної служби в каналі. Комутатори також можуть сегментувати окрему VLAN (підмережу) у ланцюзі. Центральна диспетчерська може бути сегментована в окрему підмережу як спеціальний вентилятор.
6.2.2
Об’єднання мереж зв’язку для економії витрат і підвищення надійності
Поєднання комунікаційних мереж системи моніторингу вітрової турбіни та системи відеоспостереження зменшує кількість комутацій, заощаджуючи витрати та зменшуючи навантаження на монтаж, введення в експлуатацію та подальше технічне обслуговування. Перемикачі в основі башти та гондолі чудово підходять для роботи як з моніторингом вітрової турбіни, так і з послугами відеоспостереження. Крім того, використання гігабітної кільцевої мережі для баштових комутаторів збільшує пропускну здатність зв’язку. Ця структура мережі з подвійним-кільцем також дозволяє уникнути потенційного ризику збоїв однієї-точки на комутаторах агрегації.
6.2.3
Стандартизований дизайн мережі полегшує подальше обслуговування.
Пропозиція підтримувати агрегаційні та основні комутатори технологію стекування спрощує розширення портів польових комутаторів. Перевага технології стекування полягає в тому, що вона керує групою комутаторів як одним об’єктом, забезпечуючи користувачам спрощене керування та роботу. Оскільки більшість офшорних вітрових електростанцій будуються поетапно, використання комутаторів-з підтримкою стекування дозволяє легко стекувати нові комутатори агрегації та основні комутатори під час додавання систем другої чи третьої фази. Це дозволяє уникнути поточної ситуації, коли ключові перемикачі для нових вітрових турбін другої або третьої фази та систем відеоспостереження повністю відрізняються від марок і моделей першої фази, що робить їх несумісними з вітровими турбінами та системами відеоспостереження першої фази. Завдяки стандартизованому дизайну мережі в межах однієї ВЕС, за винятком системи моніторингу підвищувальної станції (яка потребує доступу до Зони безпеки I та Зони безпеки II та має особливі вимоги), моделі промислових комутаторів для інших підсистем можуть бути зафіксовані на 3–4 моделях, що дуже корисно для подальшого польового обслуговування, підготовки запасних частин та усунення несправностей.
7. Висновок
Зараз будівництво промислового інтелекту йде повним ходом. Вітроенергетика, особливо офшорна вітроенергетика, має високий ступінь автоматизації та інформатизації та хорошу основу, але все ще існує розрив між нею та справді «розумною вітроелектростанцією». Побудова міцної, стабільної, надійної та масштабованої комунікаційної мережі наступного-покоління є основою інтелектуальних вітряних електростанцій і, безсумнівно, допоможе офшорній вітроенергетичній галузі досягти нового витку швидкого розвитку.
